Il 21 ottobre 2026 Physical Review Letters ha pubblicato uno studio in cui i ricercatori della Northwestern University descrivono un ciclotrone quantistico capace di confinare e controllare un singolo positrone, l’antiparticella dell’elettrone. In questa realizzazione, lo studio indica un mese di confinamento; gli annunci di Northwestern parlano di «mesi». Il risultato riguarda il controllo degli stati quantistici del positrone, non il confronto del suo momento magnetico con quello dell’elettrone, che il team intende fare in seguito (studio su Physical Review Letters; annuncio di Northwestern).
Che cosa ha dimostrato l’esperimento
Il gruppo ha realizzato una trappola di Penning, un dispositivo che usa campi elettrici e magnetici per confinare una particella carica, e ha risolto e controllato i livelli più bassi di energia ciclotronica e di spin del positrone. Il ciclotrone quantistico è una trappola di questo tipo predisposta per misurare e manipolare gli stati quantistici di una singola particella. I 5,6 tesla del campo magnetico e la temperatura di circa 300 millikelvin descrivono le condizioni dell’apparato (studio; manoscritto degli autori).
La durata riportata non ha la stessa precisione nei due resoconti: l’articolo scientifico indica un mese per questa realizzazione, mentre Northwestern la descrive come durata di «mesi».
Come entra il positrone nella trappola di Penning
Il percorso parte dal sodio-22, il cui decadimento produce positroni. Un moderatore di tungsteno li rallenta; poi un positrone si lega temporaneamente a un elettrone, formando positronio di Rydberg, uno stato neutro e fortemente magnetizzato. Questa neutralità permette al positronio di attraversare un’apertura di 625 micrometri nella trappola. Una volta all’interno, un campo elettrico lo ionizza: l’elettrone viene separato e il positrone resta confinato. In questo apparato caricare un singolo positrone richiede dalle 8 alle 11 ore (manoscritto degli autori; studio).
Come i ricercatori hanno verificato che fosse uno solo
Il team ha misurato il moto assiale del positrone, cioè la sua oscillazione lungo l’asse della trappola, e ha cercato le variazioni di frequenza associate ai cambiamenti di spin e di stato ciclotronico. Lo studio descrive misure quantistiche non demolitive: permettono di osservare gli stati senza alterare quelli misurati. Le microonde sintonizzate hanno inoltre indotto transizioni tra singoli livelli energetici (studio).
Per un positrone, il manoscritto riporta uno spostamento della frequenza assiale di circa 3,8 Hz. Il segnale del moto del centro di massa di due positroni sarebbe dimezzato. Il confronto fra questi segnali, insieme alle osservazioni dei cambiamenti di spin, ha permesso al gruppo di verificare la presenza di una sola particella (manoscritto degli autori; studio).
La misurazione che il team intende fare
Il prossimo obiettivo dichiarato è misurare con alta precisione il momento magnetico del positrone e confrontarlo con quello dell’elettrone. Il momento magnetico descrive come una particella interagisce con un campo magnetico; un confronto di precisione metterebbe alla prova l’invarianza CPT nel settore dei leptoni. La ricerca attuale ha preparato e controllato il positrone, ma non riporta quella misurazione né un risultato che indichi una differenza fra le due particelle (studio; annuncio di Northwestern).
